本文關(guān)鍵詞：基于光纖布拉格光柵傳感器的結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)與參數(shù)辨識(shí)研究

  更多相關(guān)文章： 光纖布拉格光柵傳感器 應(yīng)變模態(tài) 模態(tài)參數(shù)辨識(shí) 結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn) 應(yīng)變測(cè)試 有限元模型修正 位移模態(tài)振型辨識(shí)

【摘要】：隨著空間技術(shù)的發(fā)展,對(duì)大型航天器的需求變得愈加迫切,大型化導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)輕質(zhì)量、高柔性給航天器設(shè)計(jì)和應(yīng)用帶來了巨大挑戰(zhàn),因此如何實(shí)現(xiàn)對(duì)大型復(fù)雜航天器結(jié)構(gòu)的在線模態(tài)參數(shù)辨識(shí)、實(shí)時(shí)健康監(jiān)測(cè)以及控制變得至關(guān)重要。由于傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)測(cè)量方法主要基于加速度傳感器,而加速度傳感器在質(zhì)量、體積、線路布置以及信號(hào)抗干擾性等方面的局限,使其無法很好地適用于航天器結(jié)構(gòu)的多點(diǎn)分布式實(shí)時(shí)測(cè)量。然而,光纖布拉格光柵傳感器所具有的復(fù)用、輕質(zhì)、不易受電磁干擾等特點(diǎn)卻使其能夠很好地適應(yīng)航天器結(jié)構(gòu)的在線測(cè)量和監(jiān)測(cè)。本文研究了基于光纖布拉格光柵傳感器的結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)及參數(shù)辨識(shí)方法,為航天器的動(dòng)力學(xué)參數(shù)辨識(shí)、航天器結(jié)構(gòu)的在線健康監(jiān)測(cè)以及動(dòng)力學(xué)特性設(shè)計(jì)提供理論支持和技術(shù)途徑。本文的主要工作和研究結(jié)論歸納如下:(一)介紹了本文的研究背景和意義,對(duì)光纖布拉格光柵傳感器在國內(nèi)外的研究和應(yīng)用現(xiàn)狀、應(yīng)變模態(tài)分析的研究現(xiàn)狀、模態(tài)參數(shù)辨識(shí)的研究現(xiàn)狀與進(jìn)展,以及有限元模型修正研究概況進(jìn)行了總結(jié),為進(jìn)一步開展基于光纖布拉格光柵傳感器的結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)與參數(shù)辨識(shí)研究提供了基礎(chǔ)。(二)總結(jié)了應(yīng)變模態(tài)分析的基本理論。從位移模態(tài)引出應(yīng)變模態(tài)的基本概念,推導(dǎo)了應(yīng)變模態(tài)模型,并討論了應(yīng)變模態(tài)振型之間的正交性、應(yīng)變頻響函數(shù)矩陣的特點(diǎn)等,為進(jìn)行結(jié)構(gòu)應(yīng)變模態(tài)實(shí)驗(yàn)及應(yīng)變模態(tài)參數(shù)辨識(shí)提供了理論依據(jù)和前提假設(shè)。(三)研究了光纖布拉格光柵傳感技術(shù),總結(jié)并分析了光纖布拉格光柵傳感器對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)應(yīng)變響應(yīng)測(cè)量的基本原理以及基本技術(shù)指標(biāo),探討了光纖布拉格光柵傳感器的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性,介紹并總結(jié)了光纖布拉格光柵傳感系統(tǒng)涉及的光纖光柵解調(diào)技術(shù)和復(fù)用技術(shù)兩項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。在光纖布拉格光柵傳感技術(shù)的基礎(chǔ)上,本文提出了利用光纖布拉格光柵傳感器對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)測(cè)量的方法,設(shè)計(jì)并搭建了能同時(shí)測(cè)量動(dòng)應(yīng)變響應(yīng)和加速度響應(yīng)的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),并給出了詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)步驟。(四)利用應(yīng)變與位移的關(guān)系,建立了基于最小二乘復(fù)頻域法的結(jié)構(gòu)應(yīng)變模態(tài)參數(shù)辨識(shí)模型,并提出了相應(yīng)的辨識(shí)方法。根據(jù)基于光纖布拉格光柵傳感器的結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)所得數(shù)據(jù),分別辨識(shí)了不同猝發(fā)隨機(jī)激勵(lì)下的單輸入多輸出結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)應(yīng)變模態(tài)參數(shù)和位移模態(tài)參數(shù),并利用該方法辨識(shí)了僅輸出系統(tǒng)的應(yīng)變模態(tài)參數(shù),并進(jìn)行了對(duì)比分析。(五)提出了基于有限元模型修正的位移模態(tài)振型辨識(shí)方法。基于應(yīng)變模態(tài)參數(shù)辨識(shí)結(jié)果對(duì)有限元模型進(jìn)行修正,并通過修正后的有限元模型仿真得到更精確的位移模態(tài)振型,從而建立從應(yīng)變模態(tài)至位移模態(tài)的轉(zhuǎn)換關(guān)系,以解決光纖布拉格光柵無法直接測(cè)量結(jié)構(gòu)位移模態(tài)參數(shù)的問題。以附加質(zhì)量的梁結(jié)構(gòu)為實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu),利用基于序列徑向基函數(shù)代理模型的優(yōu)化算法對(duì)其有限元模型進(jìn)行了修正。根據(jù)修正后的有限元模型仿真得到附加質(zhì)量梁結(jié)構(gòu)的位移模態(tài)振型,并與辨識(shí)出的位移模態(tài)振型進(jìn)行了對(duì)比分析。結(jié)果表明,基于應(yīng)變模態(tài)參數(shù)辨識(shí)結(jié)果的有限元模型修正可以有效提高有限元模型的準(zhǔn)確性,從而能夠仿真得到更為準(zhǔn)確的位移模態(tài)振型。
【關(guān)鍵詞】：光纖布拉格光柵傳感器 應(yīng)變模態(tài) 模態(tài)參數(shù)辨識(shí) 結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn) 應(yīng)變測(cè)試 有限元模型修正 位移模態(tài)振型辨識(shí)
【學(xué)位授予單位】：北京理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：V414
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-15
• 第1章 緒論15-29
• 1.1 研究背景和意義15-16
• 1.2 光纖布拉格光柵傳感器的研究和應(yīng)用現(xiàn)狀16-19
• 1.2.1 國外研究和應(yīng)用現(xiàn)狀16-18
• 1.2.2 國內(nèi)研究和應(yīng)用現(xiàn)狀18-19
• 1.3 應(yīng)變模態(tài)分析的研究現(xiàn)狀19-20
• 1.4 模態(tài)參數(shù)辨識(shí)綜述20-25
• 1.4.1 輸入輸出模態(tài)參數(shù)辨識(shí)方法20-24
• 1.4.2 環(huán)境激勵(lì)下的模態(tài)參數(shù)辨識(shí)方法24-25
• 1.5 有限元模型修正技術(shù)的研究概況25-27
• 1.6 本文的研究工作與內(nèi)容安排27-29
• 第2章 應(yīng)變模態(tài)分析基本理論29-38
• 2.1 引言29
• 2.2 模態(tài)分析與變形能平衡的概念29-30
• 2.3 應(yīng)變響應(yīng)的模態(tài)模型的幾種推導(dǎo)方法30-35
• 2.3.1 直接推導(dǎo)法30-32
• 2.3.2 基于連續(xù)體振動(dòng)微分方程的推導(dǎo)32-33
• 2.3.3 基于有限元法的應(yīng)變響應(yīng)的模態(tài)模型33-35
• 2.4 應(yīng)變模態(tài)振型之間的正交性35-36
• 2.5 應(yīng)變頻響函數(shù)矩陣及其特點(diǎn)36-37
• 2.6 本章小結(jié)37-38
• 第3章 基于光纖布拉格光柵傳感器的結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)研究38-68
• 3.1 引言38
• 3.2 光纖布拉格光柵傳感技術(shù)38-60
• 3.2.1 光纖布拉格光柵傳感器工作原理及基本技術(shù)指標(biāo)38-41
• 3.2.2 光纖布拉格光柵傳感器動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性分析41-47
• 3.2.3 光纖光柵解調(diào)技術(shù)47-56
• 3.2.4 光纖布拉格光柵傳感器的復(fù)用技術(shù)56-60
• 3.3 基于光纖布拉格光柵傳感器的結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)60-67
• 3.3.1 有限元仿真分析60-61
• 3.3.2 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)61-64
• 3.3.3 初步實(shí)驗(yàn)結(jié)果64-67
• 3.4 本章小結(jié)67-68
• 第4章 結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)應(yīng)變模態(tài)參數(shù)辨識(shí)68-82
• 4.1 引言68-69
• 4.2 基于最小二乘復(fù)頻域法的應(yīng)變模態(tài)參數(shù)辨識(shí)方法69-76
• 4.2.1 矩陣分式模型69-71
• 4.2.2 加權(quán)線性最小二乘的形式71-72
• 4.2.3 基于減縮正則方程的求解方法72-73
• 4.2.4 模態(tài)參數(shù)計(jì)算73-74
• 4.2.5 環(huán)境激勵(lì)下應(yīng)變模態(tài)參數(shù)的辨識(shí)74-75
• 4.2.6 穩(wěn)定圖理論75-76
• 4.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析76-81
• 4.3.1 考慮輸入輸出的應(yīng)變模態(tài)參數(shù)辨識(shí)結(jié)果及分析76-79
• 4.3.2 僅輸出的應(yīng)變模態(tài)參數(shù)辨識(shí)結(jié)果及分析79-81
• 4.4 本章小結(jié)81-82
• 第5章 基于有限元模型修正的位移模態(tài)振型辨識(shí)82-98
• 5.1 引言82
• 5.2 有限元模型修正82-85
• 5.3 基于序列徑向基函數(shù)代理模型的優(yōu)化方法85-89
• 5.3.1 計(jì)算試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法85
• 5.3.2 RBF模型數(shù)學(xué)基礎(chǔ)85-87
• 5.3.3 SEO-SRBF優(yōu)化流程87-88
• 5.3.4 重點(diǎn)采樣空間技術(shù)88-89
• 5.4 基于有限元模型修正的模態(tài)振型辨識(shí)89-97
• 5.4.1 有限元模型89-91
• 5.4.2 應(yīng)變模態(tài)參數(shù)辨識(shí)結(jié)果91-94
• 5.4.3 基于應(yīng)變模態(tài)參數(shù)辨識(shí)結(jié)果的有限元模型修正94-96
• 5.4.4 基于有限元模型修正的位移模態(tài)分析96-97
• 5.5 本章小結(jié)97-98
• 第6章 總結(jié)與展望98-101
• 6.1 本文總結(jié)98-99
• 6.2 本文的貢獻(xiàn)及創(chuàng)新之處99
• 6.3 有待進(jìn)一步研究的問題99-101
• 參考文獻(xiàn)101-110
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表論文與研究成果清單110-111
• 致謝111

【相似文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 朱四榮,譚敏峰,郭明金,宋顯輝,李卓球;光纖布拉格光柵的橫向效應(yīng)研究[J];武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào);2005年09期

2 饒春芳;張華;馮艷;肖麗麗;葉志清;;鎳金屬保護(hù)光纖布拉格光柵的熱處理及高溫傳感[J];光學(xué)精密工程;2011年09期

3 劉建勝;張晶;李昕;;全同光纖布拉格光柵單纖復(fù)用能力的研究(英文)[J];Chinese Journal of Aeronautics;2011年05期

4 孫鳳蘭;章勇勤;黃海波;;光纖布拉格光柵傳感分析儀[J];儀表技術(shù)與傳感器;2011年12期

5 李文宏,楊振坤,夏建生;光纖布拉格光柵檢測(cè)技術(shù)及其應(yīng)用[J];中國測(cè)試技術(shù);2003年01期

6 張磊;莫德舉;林偉國;韓杏子;;光纖布拉格光柵溫度傳感特性與實(shí)驗(yàn)研究[J];現(xiàn)代測(cè)量與實(shí)驗(yàn)室管理;2006年04期

7 曾山;葉險(xiǎn)峰;;超聲波作用下的光纖布拉格光柵頻譜分析[J];江南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2007年03期

8 劉豐年;李娜;果鑫;張文平;徐勇;張笛;;光纖布拉格光柵的分析及其剝層算法重構(gòu)[J];湖南工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào);2011年06期

9 楊淑連;何建廷;魏芹芹;盛翠霞;宿元斌;申晉;;強(qiáng)度調(diào)制的光纖布拉格光柵磁場(chǎng)傳感器[J];光學(xué)精密工程;2014年03期

10 胡志新,張桂蓮,張陵,王宏亮,劉穎剛;基于薄壁應(yīng)變筒的光纖布拉格光柵壓力傳感器[J];南京理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2004年03期

中國重要會(huì)議論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 李鴻強(qiáng);苗長云;陳弘達(dá);習(xí)江濤;張誠;于曉剛;王瑞;張美玲;劉宏偉;;基于光纖布拉格光柵的智能服裝人體測(cè)溫模型研究[A];中國光學(xué)學(xué)會(huì)2010年光學(xué)大會(huì)論文集[C];2010年

2 武斌;李毅;胡雙雙;蔣群杰;;雙光纖布拉格光柵波長鎖定器的設(shè)計(jì)與制備[A];2007年先進(jìn)激光技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用研討會(huì)論文集[C];2007年

3 馮瀟;茍怡;;光纖布拉格光柵稱重系統(tǒng)研究[A];中國煤炭學(xué)會(huì)煤礦安全專業(yè)委員會(huì)2009年學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集[C];2009年

4 姜碧強(qiáng);趙建林;秦川;江維;樊帆;黃釗;;基于傾斜光纖布拉格光柵的濃度變化過程測(cè)量[A];2011西部光子學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議論文摘要集[C];2011年

5 高慶;朱永;夏哲;張潔;陳偉民;;光纖布拉格光柵的通用組件化封裝與溫度調(diào)諧[A];中國儀器儀表學(xué)會(huì)第六屆青年學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2004年

6 竇小寧;葛海波;王平;;光纖布拉格光柵反射偏振相關(guān)損耗特性的研究分析[A];2013年（第五屆）西部光子學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2013年

7 宋民青;侯尚林;張保俠;黎鎖平;劉延君;;光子晶體光纖布拉格光柵慢光的研究[A];第十屆全國光電技術(shù)學(xué)術(shù)交流會(huì)論文集[C];2012年

8 姚海鳳;辛麗;宋瑛林;;級(jí)聯(lián)光纖布拉格光柵光譜特性[A];第二屆紅外成像系統(tǒng)仿真測(cè)試與評(píng)價(jià)技術(shù)研討會(huì)論文集[C];2008年

9 趙耀;韓正英;高業(yè)勝;;高精度光纖布拉格光柵波長測(cè)試系統(tǒng)[A];第十四屆全國光學(xué)測(cè)試學(xué)術(shù)討論會(huì)論文（摘要集）[C];2012年

10 張紀(jì)周;張晨;由靜;;光纖布拉格光柵應(yīng)變計(jì)在TBM掘進(jìn)中的監(jiān)測(cè)研究[A];和諧地球上的水工巖石力學(xué)——第三屆全國水工巖石力學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2010年

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 徐忠揚(yáng);微納光纖功能化的研究[D];清華大學(xué);2015年

2 田豐;微納光纖直寫技術(shù)研究[D];浙江大學(xué);2010年

3 呂昌貴;光纖布拉格光柵傳輸特性理論分析及其實(shí)驗(yàn)研究[D];東南大學(xué);2005年

4 任文華;智能光纖傳感網(wǎng)絡(luò)中關(guān)鍵器件的研制和應(yīng)用[D];北京交通大學(xué);2010年

5 趙平;基于微納光纖的無源微小光學(xué)器件的研究[D];華中科技大學(xué);2014年

6 潘h介，

本文編號(hào)：975861